(57)【要約】【課題】  不純物濃度プロファイルを制御する従来の方法を使用することなく、かつ、既存の汎用的な半導体製造プロセス技術を活用することによって無理なく、転送電極の下にポテンシャルスロープを実現し、電荷転送路の転送効率の改善を実現すること。【解決手段】  同一の転送電極２０の下の絶縁膜（８１ａ〜８１ｅ）の膜厚が、電荷転送方向に向かって段階的に厚くなるようにして、ポテンシャル（ＰＬ）に傾斜（スロープ）を設ける。すなわち、転送電極直下の絶縁膜が薄い部分のポテンシャルは浅くなり、厚い部分のポテンシャルは深くなる。したがって、領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅに進むにつれて、ポテンシャル（ＰＬ）が深まって、結果的にポテンシャル（ＰＬ）の傾斜（スロープ）が形成され、十分な転送電界を得ることが可能となり、転送効率が改善される。【選択図】  図１
2007073601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、
半導体基板の表面の絶縁膜上において規則的に配列された、前記光電変換部において生じる電荷を所定方向に転送するための複数の転送電極を備え、かつ、同一の前記転送電極の下に位置する前記絶縁膜の膜厚が、前記電荷の転送方向に向かって厚くなる構造を有する電荷転送路と、を有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
同一の前記転送電極の下に位置する前記絶縁膜の膜厚が、前記電荷の転送方向に向かって段階的に厚くなる構造を有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
請求項２記載の固体撮像素子であって、
前記電荷転送路を平面的に見て、前記絶縁膜の厚い部分と薄い部分の境界線が、前記電荷転送方向に対して斜めに形成されることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
請求項２記載の固体撮像素子であって、
前記転送電極の下に位置する前記絶縁膜の一部は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜を順次、積層した３層構造を有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか記載の固体撮像素子の製造方法であって、前記電荷転送路を形成するための工程として、
前記半導体基板に第１の絶縁膜を形成し、その第１の絶縁膜をパターニングしてその一部を選択的に除去し、この後、前記第１の絶縁膜上ならびに前記第１の絶縁膜が選択的に除去された領域上に第２の絶縁膜を形成し、必要に応じて同様の工程をさらに実施し、これによって、電荷転送方向に向かって膜厚が厚くなる構造をもつ前記絶縁膜を形成する第１の工程と、
電荷転送方向に向かって膜厚が厚くなる構造をもつ前記絶縁膜上に、前記転送電極を形成する第２の工程と、を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２の絶縁膜ならびにその上に形成される絶縁膜は、熱酸化法またはＣＶＤ法により形成されることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
請求項５記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成し、かつ、前記第１の絶縁膜、第２の絶縁膜および第３の絶縁膜は各々、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体撮像素子の電荷転送路（例えば、垂直転送路）においては、例えば４相の垂直駆動パルス等によって半導体基板表面のポテンシャル井戸の深さを変化させ、これによって、信号電荷を上流から下流に向けて転送している。電荷転送路は、上記の４層の垂直駆動パルスが与えられる複数の転送電極を有しており、各転送電極は、半導体基板上において、一律の膜厚の絶縁膜を介して形成されている。
【０００３】
しかし、一つの転送電極の下では、ポテンシャル井戸の底部が平坦な形状となるため、十分な大きさの転送電界が得られないことがある。特に、電極のＷ／Ｌ（Ｌは電極の長さ、Ｗはその幅）が小さい場合には、転送路中に電界の非常に小さな部分が生じることから、信号電荷の転送残しが多く発生し、転送効率が悪化する場合がある。
【０００４】
この問題を解決するための技術として、特許文献１に記載される技術がある。特許文献１の技術では、同一の転送電極の下の半導体基板の表面の不純物濃度分布を電極の配列方向に沿って変化させ、これによって、一つの転送電極下の半導体基板の表面において、ポテンシャル井戸に意図的に段差を生じさせている。
【０００５】
また、特許文献２では、フォトダイオードにて生成した電荷を垂直転送路に転送する際に、濃度勾配によるポテンシャルスロープを形成し、電荷蓄積領域の深い位置に蓄積された電荷をスムーズに取り出せるようにしている。
【特許文献１】特開平７−７４３４４号公報
【特許文献２】特開２００４−３１８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体基板表面の不純物濃度分布を、電荷転送方向に沿って変化させるためには、イオン注入時における不純物イオンのドーズ量の高精度な制御、ならびに斜めイオン注入の併用などが必要となり、製造プロセスの負担が増加する。
【０００７】
また、半導体基板内に不純物イオンを注入した後に高温の熱処理がなされると、不純物が横方向に拡散し、不純物濃度プロファイルが、その熱処理毎に変化する可能性があり、この点で、ポテンシャル井戸の形状の制御が困難であるといえる。
【０００８】
したがって、例えば、電荷転送路の転送効率改善のためだけに、不純物イオンの注入工程の内容を変えるのが困難である場合や、不純物イオン注入後に高温の熱処理が実施されて、その結果として、不純物濃度プロファイルの正確な制御が困難となることが懸念されるような場合には、特許文献１に記載の技術を使用できないことも想定される。
【０００９】
本発明は、このような考察に基づいてなされたものであり、不純物濃度プロファイルを制御する従来の方法を使用することなく、かつ、既存の汎用的な半導体製造プロセス技術を活用することによって無理なく、ポテンシャルの傾斜（スロープ）を実現し、電荷転送路の転送効率の改善を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る上記目的は下記構成により達成される。
（１）  光電変換部と、半導体基板の表面の絶縁膜上において規則的に配列された、前記光電変換部において生じる電荷を所定方向に転送するための複数の転送電極を備え、かつ、同一の前記転送電極の下に位置する前記絶縁膜の膜厚が、前記電荷の転送方向に向かって厚くなる構造を有する電荷転送路と、を有することを特徴とする固体撮像素子。
【００１１】
この固体撮像素子によれば、同一の転送電極の下の絶縁膜の膜厚が電荷転送方向に向かって厚くなるようにして、ポテンシャル井戸の底部に傾斜を設け、電荷転送効率を向上することができる。すなわち、一つの転送電極に所定電圧が印加された場合でも、その転送電極の直下の膜厚が部分的に異なっていることから、その転送電極の直下の半導体基板表面に作用する電界が異なり、これによって、転送電極直下の絶縁膜が薄い部分のポテンシャルは浅くなり、厚い部分のポテンシャルは深くなる。この結果、転送方向にポテンシャルの傾斜（スロープ）が形成され、十分な転送電界を得ることが可能となる。よって、転送効率が改善され、転送残しを生ずることなく信号電荷を転送することができる。
【００１２】
（２）  （１）記載の固体撮像素子であって、同一の前記転送電極の下に位置する前記絶縁膜の膜厚が、前記電荷の転送方向に向かって段階的に厚くなる構造を有することを特徴とする固体撮像素子。
【００１３】
この固体撮像素子によれば、一つの転送電極直下の絶縁膜の膜厚を段階的に変化させることができる。例えば、半導体表面の一部に第１の酸化膜を形成してパターニングして一部を除去し、全面に第２の酸化膜を形成すると、第１および第２の酸化膜が重なる部分の膜厚は、第２の酸化膜のみの部分の膜厚に比べて、第１の酸化膜の膜厚分だけ厚くなる。以下、同様に、第２の酸化膜をパターニングして一部を除去し、全面に第３の酸化膜を形成すると、第１、第２、第３の酸化膜が重なった部分と、第２の酸化膜と第３の酸化膜が重なった部分と、第３の酸化膜だけの部分と、が形成される。各部分の膜厚差は、積層形成される複数の酸化膜の各々の膜厚に依存する。そして、例えば、熱酸化膜やＴＥＯＳ酸化膜（ＣＶＤ酸化膜の一種）のような膜厚の制御性の良い酸化膜を用いることにより、各部分の段差量を正確に制御することができる。また、膜形成と膜加工は、半導体製造における最も基本的な製造プロセス技術であり、汎用的に多用されるものであり、上記のような転送電極直下の絶縁膜の膜厚制御のためには、特別な技術が必要となるものではなく、製造プロセスの負担がそれほど大きくならず、実施が容易である。また、絶縁膜は、近年の微細加工技術を用いて高精度に加工することができ、また、不純物拡散層のように、後の高温処理によって横方向に広がるというような現象が生じず、加工精度は常に安定的に維持可能である。したがって、不純物イオンの濃度プロファイルを制御する従来の方法を使用することなく、かつ、既存の汎用的な半導体製造プロセス技術を活用することによって無理なくポテンシャル井戸の形状を精度良く制御し、これによって、電荷転送路の転送効率の改善を実現することができる。
【００１４】
（３）  （２）記載の固体撮像素子であって、前記電荷転送路を平面的に見て、前記絶縁膜の厚い部分と薄い部分の境界線が、前記電荷転送方向に対して斜めに形成されることを特徴とする固体撮像素子。
【００１５】
この固体撮像素子によれば、平面的に見て、膜厚の厚い絶縁膜と薄い絶縁膜との境界線が、電荷転送の方向に対して斜めに形成することにより、一つの転送電極下において、転送路の上流から下流に向かって、膜厚の薄い部分の面積が徐々に縮小し、一方、膜厚の厚い部分の面積が徐々に拡大するレイアウトパターンを実現できる。これにより、電荷転送方向におけるポテンシャル段差がよりいっそう滑らかになり、電荷転送により適したポテンシャルプロファイルが得られるため、信号電荷の転送がよりスムーズに行われ、したがって、転送効率を改善することができる。
【００１６】
（４）  （２）記載の固体撮像素子であって、前記転送電極の下に位置する前記絶縁膜の一部は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜を順次、積層した３層構造を有することを特徴とする固体撮像素子。
【００１７】
この固体撮像素子によれば、ＳｉＯ／ＳｉＮ／ＳｉＯからなる３層構造をもつ絶縁機能層（ＯＮＯ膜）を、転送電極直下の絶縁膜として使用することにより、絶縁膜の段差構造を形成する際に、ＯＮＯ膜の３層構造を利用することによって、３層の膜厚を合計した厚みをもつ部分と、２層の膜厚を合計した厚みをもつ部分と、１層のみの膜厚の厚みをもつ部分と、を容易に形成することができる。したがって、特別な膜を用いることが不要であるため、プロセス上の負担が増大しない。また、２層のポリシリコン電極を用いる場合に、２層目ポリシリコン電極あるいは１層目ポリシリコン電極の下部・近傍の絶縁膜の膜厚が局所的に厚くなる現象を生じさせず、精度の良い製膜が行える。
【００１８】
（５）  （１）〜（３）のいずれか記載の固体撮像素子の製造方法であって、前記電荷転送路を形成するための工程として、前記半導体基板に第１の絶縁膜を形成し、その第１の絶縁膜をパターニングしてその一部を選択的に除去し、この後、前記第１の絶縁膜上ならびに前記第１の絶縁膜が選択的に除去された領域上に第２の絶縁膜を形成し、必要に応じて同様の工程をさらに実施し、これによって、電荷転送方向に向かって膜厚が厚くなる構造をもつ前記絶縁膜を形成する第１の工程と、電荷転送方向に向かって膜厚が厚くなる構造をもつ前記絶縁膜上に、前記転送電極を形成する第２の工程と、を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【００１９】
この固体撮像素子の製造方法によれば、絶縁膜の形成と加工を繰り返して、転送路の電荷転送方向に沿って膜厚が厚くなるような絶縁膜の段差構造を形成し、その後、各転送電極を形成することによって、電荷転送路が形成される。
【００２０】
（６）  （５）記載の固体撮像素子の製造方法であって、前記第２の絶縁膜ならびにその上に形成される絶縁膜は、熱酸化法またはＣＶＤ法により形成されることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【００２１】
この固体撮像素子の製造方法によれば、膜厚制御性の良い熱酸化法あるいはＴＥＯＳ酸化のようなＣＶＤ法を用いることによって、膜厚ばらつきの少ない、良質の酸化膜を形成することができる。
【００２２】
（７）  （５）記載の固体撮像素子の製造方法であって、前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成し、かつ、前記第１の絶縁膜、第２の絶縁膜および第３の絶縁膜は各々、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【００２３】
この固体撮像素子の製造方法によれば、絶縁膜の段差構造を形成する際に、ＯＮＯ膜を使用することができる。すなわち、３層構造であることを利用することによって、３層の膜厚を合計した厚みをもつ部分と、２層の膜厚を合計した厚みをもつ部分と、１層のみの膜厚の厚みをもつ部分と、を容易に形成することができる。これにより、特別な膜を用いることが不要であるため、プロセス上の負担が増大することがない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の固体撮像素子によれば、同一の転送電極の下の絶縁膜の膜厚が電荷転送方向に向かって厚くなるようにして、ポテンシャル井戸の底部に傾斜を設けることによって、電荷転送効率を向上することができる。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、絶縁膜の形成と加工を繰り返して、転送路の電荷転送方向に沿って膜厚が厚くなるような絶縁膜の段差構造を形成し、その後、各転送電極を形成することによって、電荷転送方向にポテンシャルスロープをもつ電荷転送路を容易に形成することができる。もって、電荷転送路の転送効率の改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の固体撮像素子の基本構成について説明する。
図１は、本発明の固体撮像素子における電荷転送路の、一つの転送電極についての断面構造を示すデバイス断面図である。
【００２６】
図中、右から左に向かって信号電荷が転送される。図示されるように、電荷転送路は、ｎ型半導体領域７１と、このｎ型半導体領域上に設けられた、電荷転送方向に向けて段階的に厚さが厚くなる絶縁膜（８１ａ〜８１ｅ）と、この絶縁膜（８１ａ〜８１ｅ）上に設けられた一つの転送電極２０と、を有している。
【００２７】
同一の転送電極２０の下の絶縁膜（８１ａ〜８１ｅ）の膜厚が、電荷転送方向に向かって段階的に厚くなるよう構造を形成することによって、ポテンシャル（ＰＬ）に傾斜（スロープ）を設けることができる。
【００２８】
すなわち、一つの転送電極２０に所定電圧（Ｖ１）が印加された場合、転送電極２０直下の絶縁膜が薄い部分のポテンシャルは浅くなり、厚い部分のポテンシャルは深くなる。したがって、領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅに進むにつれて、ポテンシャル（ＰＬ）井戸が深くなり、結果的にポテンシャル（ＰＬ）の傾斜（スロープ）が形成される。
【００２９】
したがって、十分な転送電界を得ることが可能となり、転送効率が改善され、転送残しを生ずることなく信号電荷を転送することが可能となる。
【００３０】
また、一つの転送電極２０直下の絶縁膜（８１ａ〜８１ｅ）の膜厚を段階的に変化させることは、絶縁膜の形成と加工を繰り返すことによって容易に実現することができる。
【００３１】
例えば、熱酸化膜やＴＥＯＳ酸化膜のような膜厚の制御性の良い酸化膜を用いることにより、各部分の段差量を正確に制御することもできる。
【００３２】
また、膜形成と膜加工は、半導体製造における最も基本的な製造プロセス技術であり、汎用的に多用されるものであり、転送電極直下の絶縁膜の膜厚制御のためには、特別な技術が必要となるものではない。したがって、本発明に係る製造方法によれば、製造プロセスの負担がそれほど大きくならず、実施が容易である。
【００３３】
また、絶縁膜は、近年の微細加工技術を用いて高精度に加工することができ、また、不純物拡散層のように、後の高温処理によって横方向に広がるというような現象が生じず、加工精度は常に安定的に維持可能であるという利点もある。
【００３４】
このように、本実施形態の固体撮像素子では、不純物濃度プロファイルを制御する従来の方法を使用することなく、かつ、既存の汎用的な半導体製造プロセス技術を活用することによって無理なく、転送電極の下にポテンシャルスロープを実現し、電荷転送路の転送効率の改善を実現することができる。
【００３５】
次に、上記基本構成の固体撮像素子をインターライン転送方式のＣＣＤ型固体撮像素子に適用した例を説明する。
図２は、インターライン転送方式のＣＣＤ型固体撮像素子の一例の全体構成を示す図である。
【００３６】
図示されるように、固体撮像素子は、マトリクス状に配列され、光電変換して得られる信号電荷を蓄積する多数のフォトセンサ（光電変換部）１０と、これらのフォトセンサ１０の垂直列毎に配されてフォトセンサ１０から読み出された信号電荷を垂直方向に順次転送する複数本の垂直転送レジスタ（垂直転送路）３０と、水平転送レジスタ（水平転送路）４０と、出力アンプ１３と、を備える。参照符号２１〜２７は、垂直転送レジスタ（垂直転送路）３０を構成する転送電極を示す。
【００３７】
本実施形態では、垂直転送レジスタ（垂直転送路）３０を構成する一つの転送電極（２１〜２７）の直下の領域を２分割し、分割された各領域における絶縁膜の厚みに差を設けて、段差をもつ構造とし、これによって、垂直転送方向におけるポテンシャルに傾斜（スロープ）を設け、転送効率を改善する。この点については、図４を用いて後に説明する。
【００３８】
図２の垂直転送レジスタ（垂直転送路）３０は、４相の垂直駆動パルスΦＶ１〜ΦＶ４によって４相駆動される。
【００３９】
また、水平転送レジスタ４０は、水平駆動パルスφＨ１，φＨ２によって２相駆動される。各垂直転送レジスタ（垂直転送路）３０から、水平転送レジスタ（水平転送路）４０に信号電荷がライン単位で転送される。この信号電荷は、水平転送レジスタ４０によって水平方向に順次転送され、終端に配置された出力アンプ１３に供給される。この出力アンプ１３は、例えばフローティング・ディフュージョン・アンプによって構成され、水平転送レジスタ４０によって転送されてきた信号電荷を検出して電圧信号に変換する。
【００４０】
図３は、図２の固体撮像素子の全体構成の中から、その一部（１列のフォトセンサ列と近傍の垂直転送路を含む部分）の構成を抜き出し、かつ、より具体的な構成を追加して示した固体撮像素子の要部の平面図である。
【００４１】
図３の構成は、図２に示される構成と同じであるが、図３では、垂直転送路３０を構成するｎ型拡散層７０が追加されている（図中、ｎ型拡散層は点線で囲まれて示されている）。
【００４２】
先に説明したように、図３の垂直転送路３０では、一つの転送電極（２１〜２７）の直下の領域を２分割し、分割された各領域における絶縁膜の厚みに差を設けて、段差をもつ構造とし、これによって、垂直転送方向におけるポテンシャルに傾斜（スロープ）を設け、転送効率を改善する。図３中の“Ａ”，“Ｂ”は、一つの転送電極（２１〜２７）直下の２分割された領域（厚みの異なる絶縁膜に対応する領域）を示す。
【００４３】
図４は、図３の垂直転送路のＩ−Ｉ線に沿う矢視断面図である。
図示されるように、垂直転送路３０は、ｎ型半導体基板５０の内部に設けられたｐ型ウエル領域６０上のｎ型拡散層７０と、一つの転送電極（２１〜２７）の直下の段差をもつ絶縁膜（膜厚の薄い部分８０ａ，厚い部分８０ｂ）と、１層目のポリシリコンからなる転送電極（２２，２４，２６）と、２層目のポリシリコンからなる転送電極（２１，２３，２５，２７）と、によって構成される。図４の下に示される“Ａ”，“Ｂ”は、一つの転送電極（２１〜２７）直下の２分割された領域（厚みの異なる絶縁膜に対応する領域）を示している。
【００４４】
ここで、図４の垂直転送路３０の各転送電極２１〜２５に対して、図５に示される垂直転送パルスΦＶ１〜ΦＶ４を印加する場合のポテンシャル形状について考察する。
【００４５】
なお、図５に示される垂直駆動パルスΦＶ１〜ΦＶ４の各々の位相は、経時的な変化を有し、時刻ｔ１では、垂直駆動パルスΦＶ１〜ΦＶ４の各々のレベルは、“Ｈ”，“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｌ”である。また、時刻ｔ２では、垂直駆動パルスΦＶ１〜ΦＶ４の各々のレベルは、“Ｈ”，“Ｈ”，“Ｈ”，“Ｌ”である。また、時刻ｔ３では、垂直駆動パルスΦＶ１〜ΦＶ４の各々のレベルは、“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｈ”，“Ｌ”である。そして時刻ｔｎでは、垂直駆動パルスΦＶ１〜ΦＶ４の各々のレベルは、“Ｈ”，“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｌ”である。
【００４６】
図６は、図４に示される本発明の固体撮像素子の垂直転送路を、図５に示されるような垂直転送パルスによって４相駆動した場合のポテンシャルの形状と、その形状の経時的な変化を説明するための図であり、時刻ｔ１〜ｔ３及びｔｎにおけるポテンシャル形状を示す。図６に示すように、この場合には、ポテンシャルの段差のピッチが細かくなり、電荷転送方向に沿ってポテンシャルに傾斜がついていることから、信号電荷がスムーズに転送され、転送効率が改善する。
【００４７】
次に、本発明の固体撮像素子の垂直転送路（図４の構造）の製造方法を説明する。
【００４８】
図７（ａ）〜（ｅ）は、本発明の固体撮像素子の（垂直転送路部分の）製造方法を説明するための、工程毎のデバイス断面図である。
【００４９】
図７（ａ）に示されるように、ｎ型半導体基板７０の表面に熱酸化膜（ＳｉＯ）８３を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜９３をマスクとして熱酸化膜８３をパターニングする。
【００５０】
次に、図７（ｃ）に示すように、シリコン基板の全面に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）８４，ＣＶＤ酸化膜（例えば、ＴＥＯＳ酸化膜）８５を形成し、３層構造のＯＮＯ膜を形成する。ただし、これに限定されるものではなく、２層構造のＯＮ膜を形成してもよく、また、酸化膜のみを多層に積層形成することもできる。
【００５１】
ただし、２層のポリシリコン電極を用いる場合に、２層目ポリシリコン電極あるいは１層目ポリシリコン電極の下部・近傍の絶縁膜の膜厚が局所的に厚くなる現象が生じることがあるが、ＳｉＯ／ＳｉＮ／ＳｉＯからなる３層構造をもつＯＮＯ膜を絶縁膜として使用することによって、そのような局所的な絶縁膜の厚膜化を防止することができる。また、ＯＮＯ膜が３層構造であることを利用することによって、３層の膜厚を合計した厚みをもつ部分と、２層の膜厚を合計した厚みをもつ部分（ならびに、１層のみの膜厚の厚みをもつ部分：図７のプロセスでは使用しない）と、を容易に形成することができる。ＯＮＯ膜は、フォトセンサ領域でも使用されているものであり、特別な膜を用いることが不要であるため、プロセス上の負担が増大しない。
【００５２】
そして、図７（ｄ）に示すように、１層目のポリシリコンからなる転送電極２２，２４を形成する。次に、図７（ｅ）に示すように、層間絶縁膜９５を形成し、しかる後、２層目ポリシリコンからなる転送電極２１，２３，２５を形成する。
こうして、図４に示されるような垂直転送路を形成することができる。
【００５３】
次に、本発明に係る固体撮像素子を、フォトダイオードがハニカム配列をもち、かつ、垂直転送路が蛇行して配置される構成に適用した例を説明する。
【００５４】
図８は、本発明の固体撮像素子の一例における、基板表面の構成を概略的に示す平面図である。
図示されるように、半導体基板の表面に、多数個のフォトダイオード（受光部，画素部）１が、一定のピッチＰｈおよびＰｖで複数列、複数行に配列されている。図８では簡略化して描いているが、実際の素子においては、一行、一列内のフォトダイオード数は、数百〜数千となる。フォトダイオード１は、受光した光量に応じた量の電荷を蓄積する。
【００５５】
奇数列のフォトダイオード１に対し、偶数列のフォトダイオード１は各列内のフォトダイオードのピッチＰｖの約１／２ずれるように、また、奇数行のフォトダイオード１に対し偶数行のフォトダイオード１は各行内のフォトダイオードのピッチＰｈの約１／２ずれるように配置されており、画素ずらし配列（ハニカム配列）となっている。一列のフォトダイオード列は、奇数行又は偶数行のフォトダイオード１のみを含み、一行のフォトダイオード列は、奇数列又は偶数列のフォトダイオード１のみを含む。
【００５６】
複数の垂直転送領域２は、隣接するフォトダイオード列間の半導体基板表面に形成され、図１の左側のフォトダイオード１と結合され、蛇行しつつ列方向に延在している。複数の分離領域３は、垂直転送領域２とフォトダイオード１とを各列間で分離するように、蛇行しつつ列方向に延在している。
【００５７】
図９は、図８の固体撮像素子の構成の中から、フォトダイオードの一部と垂直転送路の一部を抜き出して示す拡大平面図である。
図９において、「領域２００ａ，２００ｂ」、「領域２００ｃ，２００ｄ」は各々、一つの転送電極（不図示）の下に位置する領域である。そして、太線で囲まれて示される領域２００ａ，２００ｃは、半導体基板表面上に薄い絶縁膜が形成された領域であり、領域２００ｂ，２００ｄは、半導体基板表面上に厚い絶縁膜が形成された領域である。
【００５８】
このように、一つの転送電極下において、転送路の上流から下流に向かって、膜厚の薄い部分の面積が徐々に縮小し、一方、膜厚の厚い部分の面積が徐々に拡大するレイアウトパターンを実現することにより、つまり、絶縁膜の厚みの要素に加えて、各部分の面積という要素を加え、各部分の面積をレイアウトによって制御するという手法を採用することによって、電荷転送方向におけるポテンシャル段差がよりいっそう滑らかになり、電荷転送により適したポテンシャルプロファイルが得られ、信号電荷の転送がよりスムーズに行われる。したがって、電荷転送路における電荷転送効率が改善される。
【００５９】
以上説明したように、本発明の固体撮像素子では、同一の転送電極の下の絶縁膜の膜厚が電荷転送方向に向かって厚くなるようにして、ポテンシャルに傾斜（スロープ）を設けることによって、電荷転送効率を向上することができる。
【００６０】
すなわち、一つの転送電極に所定電圧が印加された場合でも、その転送電極の直下の膜厚が部分的に異なっていることから、その転送電極の直下の半導体基板表面に作用する電界が異なり、これによって、転送電極直下の絶縁膜が薄い部分のポテンシャルは浅くなり、厚い部分のポテンシャルは深くなる。この結果、転送方向にポテンシャルの傾斜（スロープ）が形成され、十分な転送電界を得ることが可能となり、したがって、転送効率が改善され、転送残しを生ずることなく信号電荷を転送することができる。
【００６１】
また、一つの転送電極直下の絶縁膜の膜厚を段階的に変化させることは、絶縁膜の形成と加工を繰り返すことによって容易に実現することができる。そして、例えば、熱酸化膜やＴＥＯＳ酸化膜のような膜厚の制御性の良い酸化膜を用いることにより、各部分の段差量を正確に制御することができる。
【００６２】
また、膜形成と膜加工は、半導体製造における最も基本的な製造プロセス技術であり、汎用的に多用されるものであり、上記のような転送電極直下の絶縁膜の膜厚制御のためには、特別な技術が必要となるものではなく、製造プロセスの負担がそれほど大きくならず、実施が容易である。
【００６３】
また、絶縁膜は、近年の微細加工技術を用いて高精度に加工することができ、また、不純物拡散層のように、後の高温処理によって横方向に広がるというような現象が生じず、加工精度は常に安定的に維持可能である。
【００６４】
また、一つの転送電極下において、転送路の上流から下流に向かって、膜厚の薄い部分の面積が徐々に縮小し、一方、膜厚の厚い部分の面積が徐々に拡大するレイアウトパターンを実現することによって、電荷転送方向におけるポテンシャル段差がよりいっそう滑らかになり、電荷転送により適したポテンシャルプロファイルが得られ、信号電荷の転送がよりスムーズに行われ、したがって、転送効率を改善することができる。
【００６５】
また、ＳｉＯ／ＳｉＮ／ＳｉＯからなる３層構造をもつＯＮＯ膜を転送電極直下の絶縁膜として使用することによって、段差構造をもつ絶縁膜を容易に形成することができ、また、特別な膜を用いることが不要となるため、製造プロセス上の負担が増大しない。
【００６６】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法では、絶縁膜の形成と加工を繰り返して、転送路の電荷転送方向に沿って膜厚が厚くなるような絶縁膜の段差構造を形成し、その後、各転送電極を形成することによって、電荷転送路を形成することによって、電荷転送方向にポテンシャルスロープをもつ電荷転送路を容易に形成することができる。
【００６７】
また、絶縁膜としての酸化膜を、膜厚制御性の良い熱酸化法あるいはＴＥＯＳ酸化のようなＣＶＤ法によって形成することにより、膜厚ばらつきの少ない、良質の酸化膜を形成することができる。
【００６８】
このように、本発明によれば、不純物濃度プロファイルを制御する従来の方法を使用することなく、かつ、既存の汎用的な半導体製造プロセス技術を活用することによって無理なく、転送電極の下にポテンシャルスロープを実現し、電荷転送路の転送効率の改善を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の固体撮像素子における電荷転送路の、一つの転送電極についての断面構造を示すデバイス断面図である。
【図２】インターライン転送方式のＣＣＤ型固体撮像素子の一例の全体構成を示す図である。
【図３】図２の固体撮像素子の全体構成の中から、その一部（１列のフォトセンサ列と近傍の垂直転送路を含む部分）の構成を抜き出し、かつ、より具体的な構成を追加して示した固体撮像素子の要部の平面図である。
【図４】図３の垂直転送路のＩ−Ｉ線に沿う矢視断面図である。
【図５】４相の垂直駆動パルスΦＶ１〜ΦＶ４の各々の波形の一例を示す波形図である。
【図６】図４に示される本発明の固体撮像素子の垂直転送路を、図５に示されるような垂直転送パルスによって４相駆動した場合のポテンシャルの形状と、その形状の経時的な変化を説明するための図であり、時刻ｔ１〜ｔｎにおけるポテンシャルの形状を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の固体撮像素子の（垂直転送路部分の）製造方法を説明するための、工程毎のデバイス断面図である。
【図８】本発明の固体撮像素子の一例における、基板表面の構成を概略的に示す平面図である。
【図９】図８の固体撮像素子の構成の中から、フォトダイオードの一部と垂直転送路の一部を抜き出して示す拡大平面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  フォトダイオード
２  垂直転送領域
３  分離領域
１０  フォトセンサ
１３  出力アンプ
２０  一つの転送電極
２１〜２５  転送電極
３０  垂直転送レジスタ（垂直転送路）
４０  水平転送レジスタ（水平転送路）
５０  ｎ型半導体基板
６０  ｐ型ウエル領域
７０，７１  ｎ型拡散層（垂直転送領域）
８１ａ〜８１ｅ  段差構造をもつ絶縁膜
８３  熱酸化膜
９３  フォトレジスト膜
９５  層間絶縁膜
２００ａ，２００ｃ  薄い酸化膜の領域
２００ｂ，２００ｄ  厚い酸化膜の領域
ΦＶ１〜ΦＶ４  垂直駆動パルス
ΦＶ１〜ΦＶ４  垂直転送パルス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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